Prima dell’inizio

Introduzione

 

 

La filosofia comincia con la meraviglia. E alla fine, quando il pensiero filosofico ha dato il meglio di sé, la meraviglia resta.

                                                                                                 Alfred North Whitehead

 

 

     La prospettiva cosmica

Il nostro universo è sbocciato da un evento iniziale, il Big Bang, la “Palla di Fuoco”. Si è espanso e raffreddato; migliaia di milioni di anni dopo le stelle e le galassie hanno intessuto le complicate figure che vediamo intorno a noi; e almeno intorno a una stella, almeno su un pianeta, gli atomi si sono disposti in modo da formare creature abbastanza complesse da essere capaci di meditare sulla loro evoluzione.

I cinici usavano dire – non del tutto a torto – che in cosmologia ci sono due fatti: il nostro universo si espande; e il cielo è scuro di notte. Ma non è più così. I telescopi, al suolo e nello spazio, hanno esaminato galassie così lontane che la loro luce ci arriva da un’epoca in cui l’universo aveva appena un decimo dell’età che ha ora. I calcolatori possono simulare il modo in cui le galassie sono emerse dai loro amorfi inizi. Altre tecniche ci hanno rivelato “relitti” di ere della storia cosmica persino più antiche.

Possiamo risalire nell’evoluzione dell’universo fino al suo primo secondo di vita. Un’affermazione, questa, che avrebbe stupefatto le precedenti generazioni di cosmologi che concepiva il loro oggetto di studio come esercizio matematico, remoto dalla possibilità di controlli empirici.  Io, personalmente, sarei disposto a scommettere dieci contro uno che il Big Bang c’è stato per davvero; che ogni che esiste nell’universo che possiamo osservare, è cominciata in una Palla di Fuoco estremamente compressa, assai più calda del centro del Sole. La maggior parte dei cosmologi accetterebbe scommesse altrettanto forti. (Anche se credo ci sia ancora una minoranza che non sarebbe tanto d’accordo).

 

 

Il Cosmo e il Micromondo

 

 

Per colossali che siano, le stelle e le galassie si collocano piuttosto in basso sulla scala della complessità. È per questo che non è presunzione smodata aspirare a comprenderle. Un rospo ci lancia una sfida scientifica molto più difficile di quella di una stella.

I sistemi planetari sono comuni intorno alle altre stelle. Ma, dato un ambiente propizio, che probabilità c’è che la vita cominci e si evolva fino a uno stadio “interessante”? Questo problema biologico è tuttora aperto. Il cosmo potrebbe brulicare di vita. D’altro canto, l’evoluzione organica potrebbe richiedere una combinazione di accidenti così rara, che solo la nostra Terra potrebbe ospitare esseri consapevolmente intelligenti.

Il nostro ciclo cosmico potrebbe essere finito, destinato a terminare in un collasso universale, un Big Crunch, nella Grande Strizzata. Ma ciò non avverrà prima che tutte si siano spente, prima che tutti gli atomi e persino i buchi neri siano stati riciclati in radiazione. Anche la vita e l’intelligenza fossero attualmente presenti solo sulla Terra, avrebbero il tempo di diffondersi in tutta la Galassia e oltre. Se in questo momento la vita sulla Terra venisse spazzata via, le potenzialità dell’intero universo ne sarebbero diminuite. La nostra biosfera potrebbe avere un senso universale, non meramente terrestre.

Possiamo risalire in modo affidabile nella storia cosmica fino al suo primo secondo. Il terreno diventa più infido quando estrapoliamo ancora più indietro, fino al primo millisecondo. Ma i progressi recenti permettono di far diventare oggetto di seria ricerca problemi che fino a poco tempo fa erano considerati speculativi: “Perché l’universo è tanto grande?”, “Perché si espande?”

La sfida che attende il prossimo Newton o Einstein è quella di riuscire a “unificare”forze della natura: a interpretare le interazioni elettriche, nucleari e gravitazionali come manifestazioni differenti di un’unica forza originaria e primeva. Questa unificazione potrebbe manifestarsi (ed essere sottoposta a prova) solo quando le energie siano enormemente elevate; forse soltanto negli istanti iniziali del Big Bang, quando tutto ciò ch oggi gli astronomi possono vedere era compresso in un volume più piccolo di una palla da golf e onde quantistiche facevano tremare l’intera fabbrica dello spazio. I “semi” delle galassie e delle altre strutture cosmiche e l’eterea “materia oscura”che pervade il nostro universo sono residui di quell’era primordiale.

 

 

     Il Multiverso

 

 

 

Via via che il nostro universo si è raffreddato, la sua particolare mistura di energia e radiazione, e forse perfino il numero di dimensioni del suo spazio, potrebbero essere emersi accidentalmente, un po’ come le figure che il ghiaccio forma in un lago gelato. Le leggi fisiche erano “impostate”nel Big Bang.

Il nostro universo, e le leggi che lo governano, doveva avere caratteristiche piuttosto speciali (in un senso ben definito) perché potessimo venire fuori noi esseri umani. Si dovevano formare le stelle; le fornaci nucleari che le fanno ardere nel cielo dovevano trasmutare l’idrogeno primordiale in atomi di carbonio, ossigeno e ferro; un ambiente stabile e vaste estensioni di spazio e di tempo erano prerequisiti per le complessità della vita terrestre.

L’evidente “sintonizzazione fine” da cui dipende la nostra esistenza potrebbe essere solo una coincidenza: un tempo la pensavo così. Ma oggi questa sembra una concezione troppo ristretta. Ciò che convenzionalmente chiamiamo “l’Universo”, potrebbe essere solo un elemento di un insieme. Ne potrebbero esistere innumerevoli altri, dotati di leggi diverse. L’universo in cui noi siamo venuti alla luce appartiene a un sottoinsieme non comune, quello in cui le leggi fisiche permettono alla complessità e alla coscienza di potersi sviluppare. Se si accetta quest’idea, varie caratteristiche apparentemente “speciali” del nostro universo – quelle che i teologi usavano produrre come prova dell’esistenza della Provvidenza o di un Progetto – non suscitano più sorpresa. Questa linea di pensiero – la prospettiva cioè del “Multiverso” – fornisce uno dei motivi che percorrono questo libro.

Questo nuovo concetto rappresenta, potenzialmente, un allargamento della nostra prospettiva cosmica. Un allargamento altrettanto drastico del passaggio dalle idee precopernicane al concepire la Terra come un pianeta, in orbita intorno a una stella piuttosto tipica situata ai margini della Via Lattea, la quale peraltro non è che una galassia come tantissime altre.

I cosmologi sono ora in grado di affrontare, con uno spirito genuinamente scientifico, tutta una nuova gamma di problemi su cui prima potevano solo speculare abbandonando la loro veste professionale.

Il nostro universo intero potrebbe essere solo un elemento – quasi un atomo – di un insieme infinito. Di un arcipelago cosmico. Ciascuno di questi universi avrebbe inizio col suo big bang, acquisirebbe una sua impronta distintiva (e le sue leggi fisiche) nel corso del raffreddamento e traccerebbe il suo ciclo cosmico. Il Big Bang da cui il nostro universo ebbe inizio è, in questa prospettiva allargata, una parte infinitesima di un’elaborata struttura che si estende ben al di là della portata di qualsiasi telescopio.

Alcuni cosmologi speculano che gli “embrioni” dei nuovi universi potrebbero formarsi all’interno di quelli esistenti. L’implosione che porta a raggiungere densità colossali (come quelle, per esempio, presenti intorno a un piccolo buco nero) può far scatenare l’espansione di un nuovo dominio dello spazio per noi inaccessibile. Si potrebbe persino “fabbricare” degli universi; sfida sperimentale assai al di là delle attuali risorse umane, ma che potrebbe diventare percorribile, specie se pensiamo che il nostro universo ha ancora davanti a sé quasi tutta la sua strada. Con questo universo-figlio non si potrebbe scambiare alcuna comunicazione, ma esso potrebbe portare i segni della sua genitura. Il nostro universo stesso potrebbe essere il risultato (pianificato o meno) di un evento di questo genere avvenuto in un cosmo precedente. Il tradizionale “argomento del progetto”, caro ai teologi, si ripresenta in nuove vesti.

La maggior parte degli universi creati naturalmente sarebbero una specie di “nati morti”, nel senso che non offrirebbero un ambiente propizio per un’evoluzione complessa: vivrebbero per troppo poco tempo, o avrebbero un numero sbagliato di dimensioni, o non permetterebbero la chimica, o sarebbero combinati male in qualche altro modo. Ma il nostro potrebbe anche non essere il più complesso di tutti. Nell’insieme degli universi potrebbero essercene altri dotati di una struttura più ricca, al di là di quello che possiamo immaginare.

 

 

 

     Questo libro

 

 

 

Non possiamo afferrare la natura del nostro ambiente cosmico solo per mezzo del puro pensiero. Sono stati i telescopi moderni e l’astronautica – esplorando profondità dello spazio e tempi sempre più remoti, ricercando oggetti bizzarri come i buchi neri o stringhe cosmiche – che hanno fatto della cosmologia una scienza. Questo libro descrive alcuni punti alti di questa ricerca, sottolineando le scoperte e le idee che solo ora stanno venendo al centro dell’attenzione. Ho però cercato di disegnare il contesto storico e di chiarire alcuni “vecchi” problemi che perennemente ricompaiono nella discussione: la natura dello spostamento verso il rosso, la materia oscura, la gravità e così via.

Ho disseminato nel testo le mie impressioni e i miei ricordi di alcune notevoli figure di scienziati in cui mi sono imbattuto o con cui ho lavorato, parlando di come il loro approccio sia stato modellato dal loro stile personale, dai loro atteggiamenti extrascientifici e, in certi casi, dalle loro ossessioni.

Si legga questa definizione tratta dal Nuovo Zingarelli:

 

 

 

Penna s.f. Formazione cornea della pelle caratteristica degli

     uccelli, costituita da un asse centrale la cui parte basale

     (calamo) è inserita nella pelle, mentre la parte rimanente

     (rachide) porta il vessillo formato da tante appendice laterali

     sfrangiate.

 

 

Suppongo possa risultare molto utile una persona dotata d’immenso sapere che non abbia mai visto un uccello. Alcuni libri sulla scienza se sembrano indirizzarsi a una classe (praticamente vuota) di lettori di questo tipo: quelli con un enorme vocabolario che però rimangono confusi di fronte i numeri o alle equazioni. Il gergo può essere anche più impenetrabile di semplici formule.

Qui ho cercato di evitare gergo e formule. Ma i numeri non si possono mettere da parte. E descrivendo il cosmo è inevitabile che alcuni di essi siano molto grandi. Ciò che importa è solo il loro ordine di grandezza, non il valore esatto, e dunque vengono presentati sottoforma di potenze di dieci (10x, ove x denota il numero di zeri che comparirebbe nel numero scritto per esteso).

Niels Bohr, che fu un grande pioniere della fisica del Novecento, consigliava ai suoi colleghi di “parlare altrettanto chiaramente di quanto pensasse, ma non più di così”. Non c’è dubbio che lui seguisse il suo stesso consiglio, in effetti era famoso per borbottare in modo inudibile e incomprensibile. La matematica usata dai fisici teorici e gli strumenti utilizzati dagli osservatori possono effettivamente sembrare alquanto astrusi; ma questi tecnicismi riguardano solo gli specialisti: non sono altro che mezzi per affrontare i grandi problemi della cosmologia: “Come sono nate le stelle, i pianeti e la vita?” “Perché il nostro universo è quello che è?” “Potrebbero esistere altri universi?”. Chiunque può meditare su questi problemi, anzi, in campi dove tutti procediamo a tentoni, lo specialista ha meno vantaggi rispetto al comune curioso.

Alcune affermazioni sul nostro universo sono sostenute da prove ben salde e hanno un vasto consenso fra i cosmologi, altre sono molto azzardate e speculative. Ho cercato di non mescolare i generi. Questo libro descrive alcune idee che fanno parte del consesso corrente, insieme a congetture che vari miei colleghi non condividerebbero. Ho tentato però di mantenere la distinzione fra ciò che è ben stabilito e ciò che non lo è, o, almeno, non lo è ancora.

Il mio amico e collega di Cambridge, Stephen Hawking, diceva nel suo Dal Big Bang ai buchi neri che ogni equazione avrebbe fatto dimezzare le vendite del libro. Ha seguito questa ingiunzione, e così ho fatto anch’io. Ma Stephen (o forse il suo editore) pensava anche che ogni menzione di Dio avrebbe raddoppiato le vendite. Con adulante imitazione, Dio è così finito sulle copertine di vari libri successivi (La particella di Dio, La mente di Dio e simili). Su questo non ho intenzione di seguire Stephen. Le incursioni degli scienziati in campi come la teologia o la filosofia possono essere tremendamente ingenue o dogmatiche. Le implicazioni che la cosmologia può avere in questi campi potranno anche essere profonde, ma un senso di diffidenza m’impedisce di avventurarmici.

Mi trovo invece d’accordo con un altro mio collega, il cosmologo Joseph Silk: “La vera filosofia che la fisica moderna può offrire è l’umiltà di fronte alle grandi incognite che sono pur sempre davanti a noi”.

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